COMPOSICIÓN MINERALÓGICA Y QUÍMICA DE LAS ARCILLAS EMPLEADAS PARA CERÁMICA
ROJA EN LAS ZONAS DE MEDELLÍN, ITAGÜÍ Y AMAGÁ
por
Q UÍMICA
L. Duitama, C. Espitia, J. Mojica, J. Quintero & F. Romero* Resumen
L. Duitama, C. Espitia, J. Mojica, J. Quintero & F. Romero: Composición mineralógica y química de las arcillas empleadas para cerámica roja en las zonas de Medellín, Itagüí y Amagá. Rev.
Acad. Colomb. Cienc. 28 (109): 555-563, 2004. ISSN: 0370-3908.
Mediante un estudio sistemático se caracterizaron los materiales arcillosos provenientes de la formación Amagá (Ts) y del Stock de Alta vista (Itagüí y Medellín) en el Departamento de Antioquia (Colombia). Ello permitió identificar las zonas con mejores calidades para el suministro de materias primas para la industria de cerámica roja en su área de influencia. Para cada zona se describen las características geológicas, y se determina la composición química y mineralógica; además, se desa- rrollaron pruebas específicas para establecer la aptitud cerámica de estos recursos naturales. Las muestras presentan contenidos de álcalis superiores al 0,2% lo cual podría bajar la calidad de los productos terminados.
Palabras clave: arcilla, materias primas cerámicas, Antioquia, Colombia.
Abstract
A systematic study to characterize the clay materials coming from the Amaga (Ts) formation and the Stock of AltaVista ( Itagui and Medellin) of the Department of Antioquia (Colombia) was developed, with the purpose of identifying the areas with better qualities for the supply of raw materials for the red ceramic industry in the influence area.
In each sample zone the geological characteristics were determined, together with the chemical and mineralogical composition, also specify tests were developed to know the ceramic attitude of these natural resources.
The samples present contents of alkalis greater than 0,2% which could decrease the quality of finished products.
Key words: clay, ceramic raw materials, brick clay, Antioquia, Colombia.
* Área Recursos del Subsuelo. INGEOMINAS. Diag. 53 No. 34-53. Bogotá-Colombia. E-mail: [email protected]
1. Introducción
En el año 2002 el proyecto Investigación en utiliza- ción y procesamiento de rocas, minerales y carbones de INGEOMINAS, dio inicio a un trabajo sobre caracteriza- ción mineralógica, química y determinación de algunas propiedades físicas de los materiales arcillosos que ex- plotan las industrias ladrilleras ubicadas en la ciudad de Medellín y sus alrededores para fabricar ladrillos, tejas y tubos y de este modo suplir la demanda de estos produc- tos en su zona de influencia.
El objetivo de esta investigación se centró principal- mente en estudiar y caracterizar las unidades geológicas y zonas favorables de arcillas para uso en cerámica roja, sin desconocer otros posibles usos, con el fin de predecir, desde el yacimiento, los problemas que puede originar en los procesos de elaboración de las piezas, la presencia o no de componentes indeseables, o explicar a través de la materia prima los acabados o defectos que puedan pre- sentar.
La metodología general para la realización de esta in- vestigación se resume a continuación:
· Recopilación de información bibliográfica (revisión de mapa geológico de Antioquia y las planchas 146 Medellín occidental y 147 Amagá, informes internos de INGEOMINAS, revisión de técnicas analíticas para determinar composición química y mineralógica de las muestras), consulta de otras fuentes de informa- ción como Ladrilleras Unidas de Antioquia (LUNSA) con el fin de establecer los puntos donde sus asocia- dos obtienen las materias primas y entrevista directa con algunos explotadores para conocer la evolución de dicha industria y los problemas que han identifi- cado en sus productos.
· Establecimiento de criterios y selección de las uni- dades geológicas favorables para hacer la toma de muestras.
· Reconocimiento en campo de las unidades geológicas con el fin de determinar los diferentes estratos o nive- les arcillosos, su continuidad lateral, espesor y la pre- sencia de intercalaciones de material arcilloso, limoso o arenoso junto con su potencialidad, grado de cementación y consistencia.
· Toma de muestras. El muestreo se hizo abriendo ca- nales de 10cmx20cmx10cm perpendiculares a los estratos, con una recolección total del material ex- traído del canal y mediante roleos y cuarteos sucesi- vos se obtuvieron muestras de 3 y 4 Kg.
· Validación de las técnicas analíticas empleadas para determinar la composición química de las muestras.
Con el fin de garantizar el control estricto de los méto- dos aplicados en la evaluación de los yacimientos muestreados se evaluó la sensibilidad, límite de detec- ción, precisión y exactitud de cada uno de los méto- dos químicos aplicados en la caracterización de las arcillas.
· Ensayos de caracterización de las muestras: clasifica- ción granulométrica, análisis químicos por absorción atómica, análisis mineralógico por difracción de ra- yos X, medidas de plasticidad por el método de los límites de Atterberg, contracción en crudo y en que- ma, determinación del color en crudo y en quema por medio de la construcción y cocción de probetas a 1.0000C en horno eléctrico.
· Análisis e interpretación de resultados. Se hizo una correlación de los datos obtenidos con el fin de esta- blecer si la composición química, mineralógica y las propiedades físicas medidas correspondían a los re- querimientos del tipo de arcillas que exige la indus- tria de cerámica roja a nivel nacional e internacional;
en aquellos casos en los cuales no cumplía, se esta- bleció sobre cuales elementos presenta déficit con el fin de recomendar la mezcla con otros componentes minerales y de este modo lograr la pasta óptima para este tipo de piezas.
· Con base en los datos de análisis químico y mineralógico por DRX se calculó el análisis próxi- mo mineralógico.
· Elaboración del informe.
2. Ubicación geográfica del área de estudio
En el departamento de Antioquia se encuentran ubicadas 45 ladrilleras de las cuales el 95,5% se hallan en operación (ANFALIT, 2002); su producción anual asciende a 494.112 toneladas. Los tipos de industria pueden catalogarse desde artesanales hasta altamente mecanizadas (Tabla 1).
Tabla 1. Tipo de industrias ladrilleras Tipo industria Número Porcentaje
Grande 10 22,2
Mediana 15 33,3
Pequeña 6 13,3
Chircal 14 31,2
Fuente: ANFALIT (2002).
La arcilla que se usa como materia prima para la fabri- cación de los ladrillos y las tejas provienen del sector occidental de la ciudad de Medellín (Belén Altavista y Aguas Frías), sector suroccidental del Valle de Aburrá (mu- nicipio de Itagüí) y del municipio de Amagá.
El área de estudio comprende parte de la denominada
“Área metropolitana de Medellín” y la zona suburbana del municipio de Amagá (Figura 1). Se encuentra enmarcada dentro de las coordenadas geográficas X=1.160.000 a 1.195.000 y Y=810.000 a 840.000, su ex- tensión aproximada es de 350 km2.
Se analizaron 40 muestras tomadas en 19 estaciones de trabajo, las cuales corresponden a dos unidades geológicas y se distribuyen así: 14 de la Formación Amagá, 13 suelos residuales del Stock de Altavista en el área nororiental de Itagüí y 13 suelos residuales del Stock de Altavista en el área noroccidental de Medellín. La mayo- ría de estas muestras fueron tomadas en las zonas de ex- plotación activas para producción de materiales de construcción (Figura 2).
3. Unidades geológicas favorables para arcillas de uso en cerámica roja
Las descripción de las unidades geológicas se basa en la cartografía de las planchas 146 Medellín occiden- tal y 147 Amagá (INGEOMINAS, 1983). Cronológica- mente estos materiales se ubican desde el paleozoico hasta el cuaternario, secuencia que se relaciona con los distintos paisajes fisiográficos que se encuentran en el área.
3.1 Formación Amagá (Ts)
Este es un depósito de arcillas secundarias o transpor- tadas, que se han acumulado con otros sedimentos en el llamado Terciario Carbonífero de Antioquia. El área fue estudiada en detalle por Grosse E., quien en 1926 deno- minó Terciario Carbonífero de Antioquia al conjunto de estratos concordantes compuestos por sedimentos que afloran en la región de Amagá.
El nombre proviene de la población de Amagá, se ex- tiende a lo largo de una franja de dirección NNW en el departamento de Antioquia. Grosse E. (1926) la dividió en tres pisos, que posteriormente González (1976), deno- minó Formación Amagá.
La unidad consta de rocas sedimentarias en una se- cuencia que va desde conglomerados hasta arcillolitas con intercalación de mantos de carbón; dividida según sus variaciones composicionales en tres miembros:
Miembro Inferior (200 m de espesor). Expuesto en Titiribí y el margen derecho de la Falla de Amagá, com- puesto por conglomerados polimícticos, areniscas cuarzosas con matriz caolinítica, lodositas carbonosas y mantos delgados de carbón con espesores inferiores a 70 cm.
Los conglomerados de este miembro presentan gran variación en el tamaño de los clastos que lo constituyen, con diámetros de partículas entre 0,2 y 10 cm, embebidos en una matriz limoarcillosa, sus niveles pocas veces su- peran los 6 metros; las areniscas son por lo general de grano grueso, de cuarzo, con cemento a menudo
Figura 1. Área de estudio y localización de las estaciones de muestreo.
Figura 2. Unidades geológicas favorables arcillas de uso en cerámica roja.
caolinítico que le da un color blanco y gris, con espesores de 1 a 100 metros.
Miembro Medio (200 a 250 m de espesor). Contiene los mantos de carbón económicamente explotables, este miembro carece de los niveles conglomeráticos antes men- cionados ofreciendo un mayor espesor de las capas de lodolitas, arcillolitas carbonosas y arcillas pizarrosas de color gris y presenta niveles de areniscas, concreciones arenosas con matriz siderítica. Aflora al norte de Amagá y al este de Titiribí.
Miembro Superior (1.000 m de espesor). Aflora en Amagá en la quebrada Gualí y está constituido por arenis- cas bien cementadas de color crema, arcillas fisiles, gris verdosas y ocres y localmente bancos delgados de con- glomerados y carbón.
3.2 Stock de Altavista (Kida)
Este plutón fue descrito parcialmente en 1933 en la que- brada Altavista, al occidente de Medellín. Botero (1963) denominó así a un cuerpo intrusivo de composición diorítica que aflora al oeste de Medellín. La composición varía entre diorítica a monzonítica con facies aplíticas en los bordes.
Dicha roca es leucocrática con fenocristales de plagioclasa zonada, cuarzo y ortosa en una matriz de igual composición.
Restrepo & Toussaint (1984) concluyen que se trata de un plutón hipoabisal emplazado muy cerca de la superficie y con amplia diferenciación en una cámara magmática; mien- tras que para Rodríguez & Montoya, (1993) la diferencia- ción es debida a la formación de un cuerpo en al menos dos pulsos magmáticos reconocibles en tiempo, el espacio y com- posición, estando el primer pulso emplazado cerca de la superficie y el segundo a mayor profundidad.
El cuerpo plutónico que aflora en la margen occiden- tal del Valle de Aburrá, ocupa un área de 85 km2; presenta gran variedad petrográfica ya que existen rocas desde gabros, dioritas, tonalitas hasta rocas con matriz afanítica de composición andesítica, que son las que parecen pre- dominar.
4. Composición química, y mineralógica y algunas propiedades físicas determinadas en las unidades estudiadas
Se tomaron 40 muestras de material arcilloso, las cua- les fueron sometidas a ensayos de caracterización en los laboratorios de de la Subdirección de ensayos y Servicios Tecnológicos de INGEOMINAS. Estos ensayos permiten aproximarse al comportamiento o aptitud de uso para su empleo en cerámica roja y fueron los siguientes:
Determinación de la composición química. Los análi- sis químicos se realizaron en muestras representativas de cada punto de muestreo molidas a malla -100; fueron di- sueltas mediante ataque con HF del 40% por 8 horas y una hora al baño María, seguido por dilución con solu- ción saturada de H3BO3 la cual contenía 2.000 ppm de CsCl. La solución resultante fue analizada por AA en el equipo PERKIN ElLMER 3.110; a cada una se le determi- naron los contenidos de SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O, TiO2, MnO2, humedad residual y pérdida por calcinación a 1.000°C. Como pruebas adicionales se de- terminaron el pH en pasta saturada y la conductividad, esta última con el objeto de conocer los contenidos de sales solubles los cuales están ligados directamente con esta propiedad.
1. Determinación de la composición mineralógica.
La composición mineralógica de las muestras se hizo mediante difracción de rayos-x de polvo en muestras des- orientadas y la determinación de los grupos de minerales arcillosos, mediante esta misma técnica sobre muestras orientadas, secadas al aire en rutina normal, solvatación con etilenglicol y posterior calentamiento a 500°C. Se empleo un difractómetro de rayos-x de polvo (marca RIGAKU modelo RINT 2200), rango de medición de mues- tras desorientadas entre 2 y 70 grados a 2θ; con velocidad de escaneo de 5 grados por minuto; y el rango de medi- ción usado para las muestras orientadas fue de 2 a 20 gra- dos a 2θ, velocidad de escaneo 1 grado por minuto; 40kV, 30mA.
Plasticidad. Para determinar esta propiedad se utilizó el método indirecto o método de Atterberg, siguiendo la norma ASTM D 4318, en la cual se considera una pasta de arcilla y agua que se seca progresivamente pasando del estado líquido al plástico y finalmente al sólido. Los va- lores que se determinaron con este método fueron: el lí- mite líquido, límite plástico, índice de plasticidad, límite de contracción o retracción. Los datos obtenidos se repre- sentan en el Diagrama de Casagrande.
Contracción en crudo y en quema. Determinando la variación de una de las dimensiones de un ladrillo elabo- rado con la mezcla de arcilla y agua y siguiendo el méto- do descrito en la norma ASTM C-326 se hizo la determinación de esta propiedad. A partir del material pulverizado se construyeron ladrillos (largo 10,5 cm, an- cho 4,5 alto 2,3 cm), los cuales fueron secados a 1100C en una estufa de laboratorio hasta llevarlas a una temperatu- ra de 1.0000C, con un tiempo de permanencia de 60 minu- tos, una vez cocidos los ladrillos, se midió la longitud final de estos y se determinó la contracción lineal que presentaban, el color y la textura de la pieza cocida.
5. Resultados y discusión
La composición química encontrada para cada unidad arcillosa fue comparada con la establecida como ideal para uso directo en diferentes aplicaciones cerámicas como alfarería común, tubería de gres, (Tabla 2); los resultados de los análisis granulométricos localizados en el diagra- ma de aptitudes de Winkler (1954) para establecer la ap- titud o no del mineral para uso en cerámica se combinaron con los datos extractados del Diagrama de Casagrande y la evaluación física de los ladrillos cocidos con las arci- llas analizadas para finalmente establecer la aptitud cerá- mica de dichos materiales.
Además, la arcilla debe tener un bajo contenido de material orgánico para que en el proceso de la cocción no queden espacios vacíos por el consumo de este material (Alvarado, 2002).
A continuación se presentan los resultados obtenidos para cada unidad geológica:
Formación Amagá (Ts)
En las Figuras 3 y 4 se presentan las composiciones químicas y mineralógicas características de la Formación Amagá.
Se observa que los contenidos de sílice varían entre 50 y 66% y de óxido de aluminio entre 12 y 30%; si se toman como referencia los valores registrados para estos óxidos en la Tabla 2, nueve de las muestras de esta forma- ción presentan contenidos de sílice adecuados para ser empleadas como materia prima para alfarería común; sin embargo, solo tres cumplen con el tenor de Al2O3 requeri- do. Las muestras FRB 03 y FRB 05 cumplen con los re- quisitos composicionales para ser empleadas directamente en alfarería.
Tabla 2. Composición química para diferentes aplicaciones cerámicas
Tipo industria Alfarería común Tubería de gres Si0257,7 a 63,1 64,1-83,1
Al2O3 27,1-21,6 20,5-9,1
Fe2O3 6,1-3,0 0,2-1,1
TiO2 0,1-1,8
CaO5,6-0,4 2,0-1,0
MgO 0,1-0,5 0-0,3
K2O0,2-2,0 0,9-1,8
Na2O 0,2-2,0 0,3-2,0
Álcalis y ácidos = 0,2
Fuentes: Rodríguez A (1998), Alvarado (2002).
La muestra FRB 14 requerirá ser mezclada con arci- llas más plásticas para poder ser utilizada como pasta cerámica (el contenido de Al2O3 está por debajo del ran- go óptimo).
El contenido de álcalis total es de 2,9%.
La muestra FRB 18 muestra un pH básico (8,1) y una conductividad alta (428 µs) sugiriendo que existe un pro- ceso de hidrólisis básica y alta actividad iónica en este punto de la Formación.
Los valores de conductividad encontrados en esta for- mación (61 a 872 µs) están relacionados con el contenido
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
% Oxido Elemento
Mu es tr a
% S iO2 % F e2O3 % A l2O 3 % CaO % MgO
% Na2O % K 2O % TiO2 % MnO 2
Figura 3. Composición química F. Amagá.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
% Fase
M ue s tr a
% Es m e ct % C a ol ini ta % il li ta
% C l o ri ta % C u arzo Fe l de s p ato - N a
% H e m a ti ta % Ana ta s a % Otros
Figura 4. Composición mineralógica F. Amagá.
de sales, lo que corrobora la predisposición de esta materia prima a producir eflorescencias en las piezas terminadas.
Según los resultados del análisis próximo mineralógico (correlación entre el análisis químico y mineralógico), predominan cuarzo y caolinita; la proporción de minera- les arcillosos para esta Formación es caolinita › esmectita›
illita › clorita. Los contenidos de feldespatos son varia- bles, desde 0,4 a 13,5%, los de hierro como hematita es- tán en los rangos de 3,3 a 10,3. Las arcillas con capas intrestratificadas mas comunes son Illita-clorita.
Las muestras que presentaron valores altos de Al2O3 y de caolinita, en la fracción arcillosa, muestran mayor plas- ticidad (muestras FRB 17 y 18).
La gráfica de los datos obtenidos para los límites lí- quido y plástico de cada muestra en el diagrama de Casagrande, permite visualizar como 6 de las 14 muestras analizadas en esta Formación se sitúan en la zona corres- pondiente a mediana plasticidad, una de ellas (FRB15) no presenta comportamiento plástico y el resto se ubican en la zona de baja plasticidad (Figura 5).
En cuatro de las muestras donde el contenido de caolinitas es menor al 10%, se podría esperar disminu- ción en la plasticidad pero la presencia de esmectitas en porcentajes altos contrarresta dicho efecto (muestras FRB 14,16, 19 y 22).
Cuatro de las 14 muestras analizadas, presentaron color rosado claro después de ser cocidas a 1.000oC, lo cual pue- de deberse a su bajo contenido de hierro, las otras obtuvie- ron colores que van desde tonalidades amarillas rojizas a cafés claros; el porcentaje de contracción presentado en los ladrillos fue bajo, lo que puede atribuirse a la presencia de caolinita y de sílice en proporciones apreciables.
Stock Altavista Itagüí.
En las figuras 6 y 7 se muestran las composiciones químicas y mineralógicas
Características del Stock Altavista.
De las 13 muestras analizadas para esta unidad, en general se puede ver que el nivel de Al2O3 esta en el rango recomendado para alfarería común, pero el nivel de sílice es bajo; la muestra FRB 41 es la que presenta contenidos ideales para ser usada en alfarería. La mayoría de las mues- tras presentan pH ligeramente ácido (de 4,9 a 6,4) y valo- res de conductividad baja (< 100 µs), lo cual podría significar que estos materiales son proclives a una baja hidrólisis, lo que admite suponer poca actividad química en las rocas.
Las trece muestras analizadas presentan como mineral predominante caolinita, seguido de illita; 4 de las mues- tras son ricas en esmectitas y presentan como mineral ac- cesorio clorita. El contenido de minerales arcillosos fluctúa entre un 60 y 75% para todas las muestras analiza- das. La variación en las proporciones de minerales pude ser debida a diferentes grados de meteorización de la roca en el sitio de muestreo, claro esta, sin tener en cuenta las variaciones composicionales que la roca pueda presentar.
Concentraciones tan altas de caolinita pueden favorecer la explotación selectiva de este mineral.
Tres de las muestras analizadas presentan contenidos de calcio y magnesio altos; debido a la presencia de anfíboles y minerales ferro-magnesianos concentrados selectivamente en la roca.
Los contenidos de cuarzo libre según se puede dedu- cir del análisis próximo mineralógico son bajos, oscilan entre 6,12 y 18,67%; esto podría ocasionar una menor resistencia mecánica en las piezas. El contenido de felde- spato oscila entre 0,08 y 22,7%; los de hematita en 2,93 a 14,82%.
La mayoría de las muestras se sitúan en el Diagrama de Casagrande en la zona correspondiente a limos inorgánicos de mediana compresibilidad y limos orgánicos (Figura 8). La presencia de estos limos orgánicos contribuye a dar mayor plasticidad a la pasta durante el proceso de moldeo pero en el de cocción dejan espacios vacíos al quemarse la materia orgánica, afectando la resistencia mecánica de las piezas que se fabriquen con estas arcillas.
Figura 5. Diagrama de Casagrande F. Amagá.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
% Oxido Elemento
Mue s tr a
% S iO 2 % Fe2O3 % A l2O3 % CaO % Mg O
% Na2O % K2O % TiO 2 % MnO 2
Figura 6. Composición química Stock Altavista-Itagüí.
El color en quema de los ladrillos producidos con es- tas arcillas va desde amarillo rojizo a rojo claro.
El bajo tenor de SiO2 registrado en los análisis quími- cos hace predecir que se presentará un valor alto en la contracción de las piezas fabricadas con esta arcilla, tal como se encontró en los ensayos realizados, los valores oscilaron entre 1,93 y 3,28 cm.
Stock Altavista Medellín
Los resultados de los análisis químicos de estas mues- tras se presentan en la Figura 9 y la composición mineralógica en la Figura 10.
Los resultados de la composición química encontra- dos, reflejan una marcada semejanza con los obtenidos para el Stock Altavista Itagüí; se puede observar que los tenores Al2O3 están dentro de los rangos recomendados para el uso de las arcillas en la fabricación de ladrillos, pero los de SiO2 están por debajo.
Los valores de conductividad y pH son similares a los encontrados en el Stock de Altavista Itagüí.
Como puede verse en la Figura 10; todas las muestras presentan como mineral arcilloso más abundante la caolinita con contenidos que van desde 20,7% hasta 52%; los otros minerales presentes en orden de abundancia serían: illita clorita y en muy baja proporción esmectita. Algunas mues- tras presentan contenidos variables de gibbsita, Lo cual po- dría favorecer una explotación selectiva de este material para aplicación en productos refractarios.
En la Figura 11 se presenta el Diagrama de Casagrande para esta unidad, donde se puede ver que sólo dos mues- tras pueden ser clasificadas como de mediana plastici- dad; tres están en la zona correspondiente a limos inorgánicos de alta compresibilidad, una no presenta com- portamiento plastico y las demás son limos de mediana compresibilidad.
0 % 10 % 2 0 % 3 0 % 4 0 % 5 0 % 6 0 % 7 0 % 8 0 % 9 0 % 10 0%
% Fase
Mu e s tra
% Es mec t % Caolinita % illita
% Clor ita % Cu arz o Feldes pato - Na
% Hematita % A natas a % Otr os
Figura 7. Composición mineralógica Stock Altavista-Itagüí.
Figura 8. Diagrama de Casagrande Stock de Altavista-Itagüí.
Las muestras que presentaron mayor contracción co- rresponden a aquellas que en el análisis mineralógico die- ron valores altos de halloysita (FRB 6,9, 51,52 y 53). Los contenidos de illita contribuyen a dar una apariencia bri- llante al ladrillo cocido y de grano fino.
6. Conclusiones
Las muestras de la Formación Amagá presentaron mayores contenidos sales y valores de conductividad altos lo cual puede causar eflorecencias en las piezas cocidas.
Las muestras del Stock de Altavista en las zonas de Itagüí y Medellín son muy similares en su composición química, mineralógica y valores de plasticidad, situándo- se en el Diagrama de Casagrande en la zona de limos orgánicos e inorgánicos de mediana plasticidad. La pre- sencia de materia orgánica no favorece el proceso de coc- ción ya que pueden quedar espacios vacíos por el consumo de este material ocasionando imperfecciones en las pie- zas cocidas.
La presencia de óxidos de hierro en menor proporción en las arcillas de la Formación Amagá le da a las piezas cocidas una coloración más clara que las que se obtiene con las arcillas del Sotck de Altavista.
El conocer la composición química, mineralógica y los límites de Attemberg permiten predecir cual va ser el comportamiento de las arcillas durante la cocción, con- tribuyendo a mejorar los resultados obtenibles con cada tipo de arcillas.
7. Agradecimientos
Los autores agradecen la colaboración y apoyo finan- ciero de INGEOMINAS y la orientación científica de la química Inés Bernal y el geólogo Antonio Rodriguez. Se resalta la participación del personal científico y técnico del Laboratorio de Minerales de INGEOMINAS: químicos Marcela Hernández, Marcela Pachón, María Helena Múnera
Figura 11. Diagrama de Casagrande Stock de Altavista-Medellín.
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40%
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% Oxido Elemento
Mues tra
% S iO2 % F e2O3 % A l2O3 % CaO % M gO % N a2O
% K 2O % T i O2 % M nO2
0%
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% Fase
Mue s tr a
%E s m ectita %Cao lini ta %Il li ta %C lor ita % Cuarzo
% F el des pato - N a % H ematita % A natas a %Otr o s
Figura 9. Composición química Stock Altavista-Medelllín.
Figura 10. Composición mineralógica Stock Alta vista - Medellín.
y Hernán Cabezas; técnicos Alejandro Carrión, Alvaro Hernández, Pablo Enrique Pinto y Juan Pablo Bolaños.
8. Bibliografía
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Recibido el 30 de agosto de 2003
Aceptado para su publicación el 10 de marzo de 2004
ESTUDIO QUÍMICO DE LA NUEZ DEL MARAÑÓN GIGANTE (ANACARDIUM GIGANTEUM)
por
Freddy A. Ramos1, Coralia Osorio*,1, Carmenza Duque1, Claudia Cordero2, Fabio Aristizábal2, Cristina Garzón3 & Yoshinori Fujimoto4
Q UÍMICA
Resumen
Ramos, F., C. Osorio, C. Duque, C. Cordero, F. Aristizábal, C. Garzón & Y. Fujimoto:
Estudio químico de la nuez del marañón gigante (Anacardium giganteum) Rev. Acad. Colomb.
Cienc. 28 (109): 565-575, 2004. ISSN: 0370-3908.
A partir del extracto metanólico de la nuez de Anacardium giganteum se aislaron e identificaron mediante técnicas espectroscópicas (EM, RMN 1H y de 13C) los siguientes compuestos: 5- [8’(Z),11’(Z),14-pentadecatrienil]resorcinol 1, 5-[8’(Z),11’(Z)-pentadecadienil]resorcinol 2, 5- [8’(Z)-pentadecenil]resorcinol 3, ácido 6-[8’(Z),11’(Z),14-pentadecatrienil]salicílico 4, ácido 6- [8’(Z),11’(Z)-pentadecadienil]salicílico 5, ácido 6-[8’(Z)-pentadecenil]salicílico 6, ácido 6- pentadecilsalicílico 7, naringenina-7-(6”-O-p-cumaroil)-β-D-glucopiranósido 8 y naringenina-7-O- β-D-glucopiranósido 9. Es importante resaltar que en éste trabajo es la primera vez que se realiza la asignación inequívoca de las señales de RMN 1H y de 13C del compuesto 8, mediante el uso de las técnicas bidimensionales HMQC y HMBC. También es la primera vez que se determina la actividad citotóxica de los compuestos 1 - 9 contra las líneas celulares de tumores humanos HEp-2, MCF-7, HT-29 y MKN-45. En dichos ensayos de citotoxicidad, los compuestos 1 – 3 y 8 fueron activos contra las cuatro líneas celulares utilizadas.
Palabras clave: Anacardiaceae, Anacardium giganteum, lípidos fenólicos, citotoxicidad, marañón gigante.
Abstract
From the methanolic extract of the Anacardium giganteum nut, the following compounds: 5- [8’(Z),11’(Z),14-pentadecatrienyl]resorcinol 1, 5-[8’(Z),11’(Z)-pentadecadienyl]resorcinol 2, 5-
1 Departamento de Química, Universidad Nacional de Colombia, A.A. 14490, Bogotá, Colombia.
2 Departamento de Farmacia, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia.
3 Instituto de Ciencias Naturales, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia.
4 Department of Materials Science, Tokyo Institute of Technology, O-okayama, Meguro-ku, Tokyo 152-8551, Japan.
* A quien debe enviarse la correspondencia. Tel: +57-1-3165000, ext. 14472/14452. Fax: +57-1-3165220. E-mail: [email protected]
Introducción
La selva tropical húmeda de la región amazónica, es una de las áreas de biodiversidad más ricas del mundo, por albergar varios miles de especies de plantas y animales que son utilizados para diferentes fines, entre ellos: alimento, aceite, fibras, combustible, perfumes, medicinas, anti- conceptivos, entre otros. Este gran potencial, lamentable- mente se encuentra amenazado por diferentes procesos como la deforestación, la ampliación de la frontera agríco- la, la explotación de los recursos mineros y la apertura de vías de comunicación, los cuales están disminuyendo os- tensiblemente la biomasa, y lo que es más grave, están aca- bando con la población aborigen que históricamente ha vivido en esta zona explotando racionalmente de sus re- cursos (TCA 1994). Uno de los aspectos más significativos del saber ancestral de éstas comunidades, es la utilización de las plantas medicinales; de modo que para los países de la cuenca amazónica, la protección de dicho saber ances- tral y la defensa de los recursos genéticos por medio de la creación de una sólida base científico-tecnológica, deben ser aspectos fundamentales a contemplarse en sus políticas nacionales y regionales.
El presente trabajo hace parte de los estudios de las especies frutales de origen amazónico que se están reali- zando en nuestro grupo de investigación (Bonilla A et al. 2004; Nakagawa H et al. 2004). Dichos estudios es- tán enfocados a la búsqueda de compuestos con activi- dad biológica (particularmente actividad citotóxica), con miras a lograr un aprovechamiento integral de estas especies.
Anacardium giganteum, es un árbol frutal no domesti- cado, nativo de zonas tropicales amazónicas que crece entre 0-500 msnm y alcanza en promedio 25 m de altura y 60 cm de diámetro. Comúnmente se conoce con los nom- bres de marañón gigante, marañón amazónico, sasha casho, cajui y añaná. La nuez es una drupa poco carnosa,
reniforme, de color café que está unida a un pseudofruto carnoso, el cual es de color naranja o naranja-rojizo exter- namente y amarillo claro en el interior cuando está madu- ro, y cuyas dimensiones varían entre 7 y 9 cm de largo por 5 a 7 cm de diámetro. El pseudofruto contiene una pulpa suculenta, fibrosa, con abundante jugo agridulce, de co- lor rosado y de sabor muy agradable. Se consume directa- mente o se utiliza en la preparación de refrescos y bebidas fermentadas. La nuez contiene una almendra comestible luego de un proceso de tostado; tiene además un alto con- tenido de un líquido color café, el cual es usado por las comunidades indígenas en el tratamiento de la tos, la eli- minación de mezquinos y verrugas, como cicatrizante y como antidiarreico (Arévalo LA et al., 2001; TCA 1997).
Es importante mencionar que al momento de iniciar el presente trabajo sólo existía un estudio químico de la es- pecie en el cual se señaló el aislamiento del ácido 6- undecil salicílico a partir del fruto (Sharma NK et al., 1966).
Teniendo en cuenta que el extracto metanólico de la nuez de Anacardium giganteum presentó actividad citotóxica contra algunas líneas celulares humanas, se desarrolló el presente trabajo con el fin de aislar e identi- ficar algunos de los compuestos presentes en dicho ex- tracto y determinar cuáles eran los responsables de la actividad citotóxica.
Materiales y métodos General
Los espectros de RMN-1H y de 13C se registraron en los equipos JEOL Lambda-300, JEOL Lambda-400 y JEOL Lambda-500. Para los espectros tomados en CDCl3 se usó como referencia la señal del TMS en δ 0.00 ppm; para los espectros tomados en CD3OD, se usó como referencia las señales del solvente en δH = 3.3 ppm y δC = 49.0 ppm. Los espectros de masas en modo IE se lograron en un equipo [8’(Z)-pentadecenyl]resorcinol 3, 6-[8’(Z),11’(Z),14-pentadecatrienyl]salicylic acid 4, 6-
[8’(Z),11’(Z)-pentadecadienyl] salicylic acid 5, 6-[8’(Z)-pentadecenyl]salicylic acid 6, 6- pentadecylsalicylic acid 7, naringenin-7-(6”-O-p-cumaroyl)-β-D-glucopyranoside 8 and naringenin- 7-O-β-D-glucopyranoside 9, were isolated and identified by spectroscopic techniques (MS, 1H and
13C NMR). It is important to note that this is the first time that the unequivocal assignment of 1H and
13C NMR signals of compound 8 is made on the basis on its HMQC and HMBC spectra. This is also the first time that cytotoxic activity of compounds 1 – 9 against human tumor cell lines HEp-2, MCF-7, HT-29 and MKN-45 is evaluated. In these assays, compounds 1 – 3 and 8 were active against the above-mentioned cell lines.
Key words: Anacardiaceae, Anacardium giganteum, phenolic lipids, citotoxicity, giant marañon.
de CGAR-EM Shimadzu QP-5050 con detector selecti- vo de masas en modo scan a 70 eV, registrando masas entre m/z 40 y 800 uma. Los espectros de masas en modo IQP se tomaron en el mismo equipo mencionado anterior- mente, usando isobutano como gas reactivo, a una pre- sión en la cámara de ionización de 1 x 10-2 Pa, voltaje de ionización de 70 eV y registrando masas entre 70 y 800 uma. Para la separación cromatográfica en CGAR se utili- zó una columna HP-1 (25 m x 0.25 mm d.i y espesor de fase de 0.33 µm) con el siguiente programa de temperatu- ra: 170°C por 10 min, luego se incrementó la temperatura hasta 270°C a 0.5°C/min y finalmente se dejó a 270°C durante 70 min; se utilizó helio como gas transportador a 1 ml/min y una relación de split de 1:10. La CLAE analí- tica se realizó en un equipo MERCK-HITACHI 6000A con detector DAD L-4500. La CLAE preparativa se realizó en un cromatógrafo MERCK-HITACHI 6000 con detector UV- VIS L-4250. La CLAE-EM se realizó con un cromatógrafo Shimadzu 10A acoplado a un detector de masas Shimadzu QP-8000α, usando la fuente de ionización ESI y detec- tando los iones positivos con masas entre 50 y 1000 uma.
Se usó un flujo de N2 de 2.5 l/min para la nebulización, con temperatura del CDL de 250ºC, temperatura en la interfase 250ºC y voltaje de ionización de 1.5 kV. Para los análisis por CLAE-EM en modo APCI, se usó el mismo equipo con un flujo de N2 de 2.5 l/min, temperatura en el CDL de 250°C y en la interfase de 400°C. El voltaje para la ionización fue 1.5 kV y se detectaron iones positivos con masas entre 50 y 1000 uma. La CCD se desarrolló en placas de sílica gel 60 F254 (MERCK) con espesor de 0.25 mm, empleando como revelador p-anisaldehido - H2SO4 y calentando a 100°C. Para la cromatografía en columna se utilizó como soporte sólido sílica gel 60 (MERCK, 0.040- 0.063 mm). Los solventes usados tanto en CCD como en CC fueron de grado analítico (MERCK), y para los análi- sis por CLAE y CLAE-EM se usaron solventes grado LiChrosolv (MERCK).
Material vegetal
Los frutos de Anacardium giganteum fueron recolec- tados en la reserva nacional del parque Araracuara en la Amazonia Colombiana; un espécimen de referencia se de- positó en el herbario del Instituto de Ciencias Naturales de la Universidad Nacional de Colombia y fue codificado como COL 479854.
Aislamiento y purificación de compuestos presentes en la nuez de Anacardium giganteum Las nueces secas de Anacardium giganteum (55 g) se cortaron en trozos pequeños y se extrajeron con MeOH (500 ml) a 60ºC durante cuatro horas, dos veces. Luego de
eliminar el solvente a presión reducida se obtuvieron 26 g de extracto metanólico crudo, el cual se sometió a parti- ción entre cloroformo y agua, obteniendo dos fases: la clorofórmica (18 g) y la acuosa (8 g). Una parte de la fase clorofórmica (5 g) fue fraccionada por CC en 100g de sílica gel, utilizando como eluente un gradiente disconti- nuo de hexano-AcOEt (15:1 a 1:10), seguido por un gradiente discontinuo de AcOEt-MeOH (3:1 a 1:3). Se re- colectaron 50 fracciones de 5 ml cada una, las cuales se monitorearon por CCD y se reagruparon para su estudio en tres partes: F1 (1-28), F2 (29-39) y F3 (40-50). La frac- ción F2 (158 mg) fue sometida a CC en 23 g de sílica gel, utilizando como eluente un gradiente discontinuo de benceno-AcOEt (1:0 a 1:1), para recolectar 46 fracciones de 5 ml cada una, las cuales se controlaron por CCD y se reagruparon en cuatro subfracciones: F21 - F24. La subfracción F23 (21-25, 120 mg) se sometió a CLAE-EM en modo ESI, empleando una columna Hypersyl ODS (100 mm x 2.1 mm d.i. x 3 µm) y como eluente una mezcla de MeOH-H2O (8:2) a un flujo de 0.2 ml/min. Como resulta- do de este análisis se detectaron tres compuestos, los cua- les fueron aislados por CLAE preparativa utilizando una columna Lichrosorb RP-18 (125 mm x 4.6 mm d.i. x 5µm) y como eluente una mezcla de MeOH-H2O (8:2) a un flujo de 1.0 ml/min y detector UV a 235 nm. Finalmente se obtuvieron los compuestos puros: 1 (10 mg), 2 (4 mg) y 3 (3 mg), los cuales se analizaron por RMN-1H y de 13C y CGAR-EM (IE, IQP). La fracción F3 (103 mg) se sometió a CLAE-EM en modo ESI, empleando la misma columna mencionada anteriormente y como eluente una mezcla de MeOH-ácido acético 2% (9:1) a un flujo de 0.2 ml/min.
Como resultado de este análisis se detectó la presencia de cuatro compuestos, los cuales fueron aislados por medio de CLAE preparativa utilizando una columna Lichrosorb RP-18 (125 mm x 4.6 mm d.i. x 5 mm), eluyendo con MeOH-ácido acético 2% (9:1) a un flujo de 0.8 ml/min y empleando un detector UV a 280 nm. Los compuestos puros obtenidos: 4 (14 mg), 5 (5 mg), 6 (4 mg) y 7 (1 mg), se analizaron por RMN-1H y CGAR-EM (IE, IQP).
Una parte de la fase acuosa (4 g), fue fraccionada por cromatografía instantánea en 75 g de sílica gel, eluyendo con 300 ml de AcOEt, seguido por 300 ml de MeOH para obtener dos fracciones: A1 (0.7 g) y A2 (3 g), respectiva- mente. El control por CCD de A1 (CHCl3-MeOH, 6:1) mostró la presencia de un compuesto con Rf 0.24 que reveló con FeCl3 y sulfato sérico amónico. Una parte de esta fracción (550 mg) se sometió a CC en 40 g de sílica gel usando como eluyente un gradiente discontinuo de CHCl3-MeOH (1:0 a 1:6) para obtener 43 fracciones de 10 ml cada una. Estas fracciones se reagruparon de acuerdo con su comportamiento en CCD en cuatro subfracciones:
A11 - A14. La fracción A14 (38-43, 340 mg) se sometió a CC en 25 g de sílica gel, eluyendo con un gradiente discontinuo de CHCl3-MeOH (15:1 a 1:2), obteniendo 66 fracciones de aproximadamente 5 ml cada una. Estas frac- ciones fueron reagrupadas en 8 subfracciones: A141 - A148 de acuerdo con su comportamiento en CCD (CHCl3-MeOH, 6:1). A partir de la fracción A145 (40) se obtuvo el com- puesto 8 (14 mg). Esta fracción se analizó en primera ins- tancia por CLAE y CLAE-EM en modo APCI, empleando la columna Hypersyl ODS mencionada anteriormente y eluyendo con una mezcla de MeCN-H2O (3:7) a un flujo de 0.2 ml/min. Posteriormente, el compuesto 8 se sometió a análisis por EM(IE), RMN-1H y de 13C, mono y bidimensional. La fracción A2 (3 g) se sometió a CC en 180 g de sílica gel, usando como eluyente un gradiente discontinuo de CHCl3-MeOH (10:1- 0:1), obteniendo 160 fracciones de aproximadamente 20 ml cada una, las cua- les se reagruparon en 4 subfracciones: A21 - A24. La frac- ción A23 (49-136, 2g) se sometió a sucesivas CC en sílica gel usando primero como eluente un gradiente disconti- nuo de CHCl3-MeOH (20:1 a 1:3) y luego una mezcla isocrática de CHCl3-MeOH (8:1) para obtener la fracción denominada A2333 (64 mg). Esta fracción fue sometida a CLAE preparativa usando una columna Shizeido RP-18 (250 mm x 4.6 mm d.i. x 5 µm) y empleando el gradiente continuo de MeCN-AcOH 1% que se describe a continua- ción: de 0 a 8 min. 90% AcOH, de 8 a 18 min. gradiente lineal hasta 60% AcOH, de 18 a 25 min. 60% AcOH y de 25 a 30 min. un gradiente lineal hasta 90% AcOH a 1.0 ml/min. Finalmente se obtuvieron 2 mg del compuesto puro 9, el cual se sometió a los análisis por CLAE-EM y RMN-1H con el fin de elucidar su estructura.
Ensayos de citotoxicidad
Los ensayos de actividad citotóxica del extracto cru- do, de algunas fracciones y de los compuestos puros, se realizaron sobre las líneas de células tumorales HEp-2 (cé- lulas de laringe contaminadas con HeLa), MCF-7 (cáncer de mama), HT-29 (carcinoma de colon) y MKN-45 (carci- noma gástrico). Los ensayos se desarrollaron por duplica- do utilizando el método del MTT el cual se describe brevemente a continuación (Cordero CP, 2002): a partir de los cultivos en etapa de crecimiento exponencial, man- tenidos a 37°C, 100% de humedad relativa, en medio mí- nimo esencial con 5% de suero fetal bovino y 50 mg/ml de gentamicina, se obtiene por tripsinización, una sus- pensión de células tumorales que se inocula en una placa de 96 pozos y éstas se preincuban a 37°C por 24 horas;
luego del período de preincubación se adiciona el extrac- to o el compuesto a evaluar en diferentes concentraciones y se incuba de nuevo por 48 horas. Al finalizar la
incubación se adicionan 200 µL de MTT (0.25 mg/ml en medio de cultivo) y las células se incuban por 4 horas mas a 37°C. Luego de eliminar el sobrenadante, el colorante Formazán que se haya obtenido se disuelve en 100 µL de DMSO con agitación. El coeficiente de extinción depen- diente de la concentración del colorante en cada pozo se mide en un espectrofotómetro para placas a 570 nm. Como control positivo se emplea Doxorubicina HCl, un antineoplásico de uso común en clínica, que presenta ac- tividad citotóxica frente a las cuatro líneas de células tumorales ensayadas. Los cálculos de la CL50 se realizan empleando una regresión con el modelo de Probits.
Datos espectroscópicos
5-[8’(Z), 11’(Z), 14-Pentadecatrienil] resorcinol (1):
EM (IE, 70 eV) m/z (int. rel) 314 (M+, 4), 299 (2), 271 (1), 243 (2), 217 (3), 191 (4), 177 (5), 163 (24), 149 (20), 137 (19), 124 (100), 123 (62), 107 (15), 93 (23), 91 (20), 81 (21), 79 (48), 69 (10), 67 (45), 57 (2), 55 (28), 43 (5), 41 (42); EM (IQ) m/z (int. rel) 315 ([M+H]+, 100); EM (ESI) m/z (int. rel) 315 ([M+H]+, 100); RMN-1H (400 MHz, CDCl3) δ 1.29 (8H, m, H2-3’- H2-6’), 1.55 (2H, m, H2-2’), 2.04 (2H, q, J=6.8 Hz, H2-7’), 2.46 (2H, t, J=7.8 Hz, H2-1’), 2.79 (2H, t, J=5.7 Hz, H2-10’), 2.81 (2H, t, J=6.1 Hz, H2- 13’), 4.99 (1H, dq, J=10.3, 2.0 Hz, H-15’b), 5.05 (1H, dq, J=17.3, 2.0 Hz, H-15’a), 5.35-5.43 (4H, m, H-8’, H-9’, H- 11’, H-12’), 5.82 (1H, tdd, J=17.3, 10.3, 6.1 Hz, H-14’), 6.17 (1H, t, J=2.2 Hz, H-2), 6.25 (2H, d, J=2.2 Hz, H-4, H- 6); RMN-13C (100 MHz, CDCl3) δ 25.6 (C-10’), 27.2 (C- 7’), 29.2, 29.4, 29.6, 29.6 (C-3’, C-4’, C-5’, C-6’), 31.0 (C-2’), 31.5 (C-13’), 35.8 (C-1’), 100.2 (C-2), 108.1 (C-4, C-6), 114.7 (C-15’), 126.8 (C-9’), 127.6 (C-11’), 129.3 (C-12’), 130.4 (C-8’), 136.8 (C-14’), 146.1 (C-5), 156.4 (C-1, C-3). La asignación de las señales de RMN-13C está en concordancia con los datos publicados por Sargent M et al., 1990.
5-[8’(Z),11’(Z)-Pentadecadienil]resorcinol (2): EM (IE, 70 eV) m/z (int. rel) 316 (M+, 4), 299 (1), 274 (1), 245 (1), 217 (5), 203 (2), 191 (3), 177 (3), 163 (15), 149 (10), 137 (19), 124 (100), 123 (40), 109 (5), 95 (13), 81 (24), 69 (5), 67 (39), 57 (2), 55 (26), 43 (2), 41 (35); EM (IQ) m/z (int.
rel) 317 ([M+H]+, 100); EM (ESI) m/z (int. rel) 317 ([M+H]+, 100); RMN-1H (400 MHz, CDCl3) δ 0.91 (3H, t, J=7.5 Hz, H3-15’), 1.38 (2H, sextete, J=7.5 Hz, H2-14’), 1.31-1.41 (8H, m, H2-3’- H2-6’), 1.57 (2H, m, H2-2’), 2.04 (4H, q, J=6.3 Hz, H2-7’, H2-13’), 2.48 (2H, t, J=7.6 Hz, H2-1’), 2.78 (2H, t, J=6.3 Hz, H2-10’), 5.34-5.38 (4H, m, H-8’, H-9’, H-11’, H- 12’), 6.17 (1H, br s, H-2), 6.24 (2H, d, J=1.9 Hz, H-4, H-6);
RMN-13C (100 MHz, CDCl3) δ 13.8 (C-15’), 22.8 (C-14’), 25.7 (C-10’), 27.2 (C-7’), 29.2, 29.3, 29.4, 29.6 (C-3’, C-4’,
C-5’, C-6’), 31.0 (C-2’), 31.6 (C-13’), 35.8 (C-1’), 100.1 (C- 2), 108.0 (C-4, C-6), 128.0 (C-9’, C-11’), 130.1 (C-8’, C- 12’), 146.1 (C-5), 156.6 (C-1, C-3). La asignación de las señales de RMN-1H y de 13C está en concordancia con los datos publicados por Sargent M et al., 1989.
5-[8’(Z)-Pentadecenil]resorcinol (3): EM (IE, 70 eV) m/z (int. rel) 318 (M+, 3), 297 (1), 275 (2), 250 (1), 236 (1), 222 (5), 205 (3), 191 (4), 165 (6), 163 (8), 149 (6), 137 (15), 124 (100), 123 (45), 111 (3), 107 (2), 95 (3), 81 (3), 69 (10), 67 (8), 57 (2), 55 (40), 43 (36), 41 (38); EM (IQ) m/z (int. rel) 319 ([M+H]+, 100); EM (ESI) m/z (int. rel) 319 ([M+H]+, 100); RMN-1H (400 MHz, CDCl3)δ 0.88 (3H, t, J=6.9 Hz, H3-15’), 1.30 (16H, m, H2-3’- H2-6’, H2-11’- H2- 14’), 1.58 (2H, m, H2-2’), 2.01 (4H, q, J=6.1 Hz, H2-7’, H2- 10’), 2.48 (2H, t, J=7.8 Hz, H2-1’), 5.35 (2H, t, J=5.6 Hz, H-8’, H-9’), 6.17 (1H, br s, H-2), 6.24 (2H, br s, H-4, H-6);
RMN-13C (125 MHz, CDCl3)δ 14.1 (C-15’), 22.7 (C-14’), 27.2 (C-7’, C-10’), 29.0, 29.2, 29.2, 29.4, 29.8, 29.8, 31.8 (C-3’, C-4’, C-5’, C-6’, C-11’, C-12’, C-13’), 31.0 (C-2’), 35.8 (C-1’), 100.1 (C-2), 108.0 (C-4, C-6), 129.8, 130.0 (C-8’, C-9’), 146.1 (C-5), 156.6 (C-1, C-3). La asignación de las señales de RMN-1H y de 13C está en concordancia con los datos publicados por Lytollis WJ et al., 1995 e Itokawa H et al., 1987.
Acido 6-[8’(Z),11’(Z),14-pentadecatrienil]salicílico (4): EM (IE, 70 eV) m/z (int. rel) 298 ([M-CO2]+, 4), 281 (1), 269 (2), 251 (1), 230 (1), 207 (8), 187 (2), 175 (2), 160 (2), 147 (25), 133 (20), 121 (20), 120 (24), 108 (75), 107 (100), 95 (23), 94 (22), 93 (30), 91 (24), 80 (27), 79 (55), 77 (28), 69 (5), 67 (48), 57 (8), 55 (25), 43 (48), 41 (40);
EM (IQ) m/z (int. rel) 341 ([M-H]+, 20), 299 ([M-CO2+H]+, 100); EM (ESI) m/z (int. rel) 343 ([M+H]+, 100), 325 ([M- H2O+H]+, 95), 299 ([M-CO2+H]+, 25) ; RMN-1H (400 MHz, CDCl3)δ 1.32 (8H, m, H2-3’- H2-6’), 1.58 (2H, q, J=7.6 Hz, H2-2’), 2.04 (2H, q, J=6.7 Hz, H2-7’), 2.79 (2H, t, J=5.6 Hz, H2-10’), 2.82 (2H, t, J=6.4 Hz, H2-13’), 2.97 (2H, t, J=7.9 Hz, H2-1’), 4.98 (1H, dq, J=10.2, 1.9 Hz, H-15’b), 5.05 (1H, dq, J=17.3, 1.9 Hz, H-15’a), 5.34-5.43 (4H, m, H-8’, H-9’, H-11’, H-12’), 5.82 (1H, tdd, J=17.3, 10.2, 6.3 Hz, H- 14’), 6.77 (1H, dd, J=7.6, 1.0 Hz, H-5), 6.87 (1H, dd, J=8.3, 1.0 Hz, H-3), 7.36 (1H, dd, J=8.3, 7.6 Hz, H-4), 11.07 (1H, br s, COOH). La asignación de las señales está concordan- cia con los datos publicados por Satoh M et al., 2001.
Acido 6-[8’(Z),11’(Z)-pentadecadienil]salicílico (5):
EM (IE, 70 eV) m/z (int. rel) 343 (M+, 1), 326 (1), 300 ([M- CO2]+, 8), 281 (6), 271 (1), 257 (1), 230 (1), 219 (1), 201 (3), 187 (2), 175 (5), 161 (8), 147 (30), 133 (20), 121 (18), 120 (48), 108 (100), 107 (92), 95 (25), 91 (15), 81 (45), 79 (26), 77 (27), 69 (7), 67 (75), 57 (1), 55 (40), 43 (5), 41
(46); EM (IQ) m/z (int. rel) 343 ([M-H]+, 20), 301 ([M- CO2+H]+, 100); EM (ESI) m/z (int. rel) 345 ([M+H]+, 30), 327 ([M-H2O+H]+, 100), 309 ([M-2H2O+H]+, 25), 301 ([M- CO2+H]+, 10) ; RMN-1H (300 MHz, CDCl3)δ 0.90 (3H, t, J=7.4 Hz, H3-15’), 1.34-1.41 (10H, m, H2-3’- H2-6’, H2-14’), 1.60 (2H, m, H2-2’), 2.04 (4H, q, J=6.6 Hz, H2-7’, H2-13’), 2.77 (2H, t, J=5.6 Hz, H2-10’), 2.98 (2H, t, J=7.8 Hz, H2-1’), 5.29-5.44 (4H, m, H-8’, H-9’, H-11’, H-12’), 6.78 (1H, d, J=7.3 Hz, H-5), 6.87 (1H, d, J=8.3 Hz, H-3), 7.37 (1H, dd, J=8.3, 7.3 Hz, H-4), 10.80 (1H, br s, COOH). La asigna- ción de las señales está concordancia con los datos publi- cados por Satoh M et al., 2001.
Acido 6-[8’(Z)-pentadecenil]salicílico (6): EM (IE, 70 eV) m/z (int. rel) 302 ([M-CO2]+, 8), 284 (1), 267 (1), 249 (1), 234 (1), 219 (1), 206 (6), 189 (2), 175 (2), 161 (3), 147 (8), 133 (10), 121 (11), 120 (25), 108 (100), 107 (45), 95 (2), 91 (5), 81 (4), 79 (4), 77 (5), 69 (5), 67 (4), 57 (1), 55 (25), 41 (20); EM (IQ) m/z (int. rel) 345 ([M-H]+, 30), 303 ([M-CO2+H]+, 100); EM (ESI) m/z (int. rel) 347 ([M+H]+, 40), 329 ([M-H2O+H]+, 100), 311 ([M-2H2O+H]+, 20);
RMN-1H (300 MHz, CDCl3)δ 0.87 (3H, t, J=6.6 Hz, H3- 15’), 1.27-1.32 (16H, m, H2-3’- H2-6’, H2-11’ - H2-14’), 1.61 (2H, m, H2-2’), 2.01 (4H, m, H2-7’, H2-10’), 2.98 (2H, t, J=7.7 Hz, H2-1’), 5.35 (2H, t, J=4.6 Hz, H-8’, H-9’), 6.78 (1H, d, J=7.3 Hz, H-5), 6.87 (1H, d, J=8.1 Hz, H-3), 7.37 (1H, dd, J=8.1, 7.3 Hz, H-4), 10.80 (1H, br s, COOH). La asignación de las señales está concordancia con los datos publicados por Itokawa H et al., 1987.
Acido 6-pentadecilsalicílico (7): EM (IE, 70 eV) m/z (int. rel) 304 ([M-CO2]+, 8), 279 (1), 261 (1), 240 (1), 208 (8), 207 (10), 193 (2), 167 (10), 162 (2), 149 (35), 133 (8), 121 (8), 120 (6), 108 (100), 107 (45), 95 (8), 91 (5), 77 (15), 71 (14), 69 (14), 57 (25), 55 (20), 44 (35), 43 (50), 41 (30); EM (IQ) m/z (int. rel) 347 ([M-H]+, 15), 305 ([M- CO2+H]+, 100); EM (ESI) m/z (int. rel) 349 ([M+H]+, 100);
RMN-1H (300 MHz, CDCl3)δ 0.88 (3H, t, J=7.1 Hz, H3- 15’), 1.25 (24H, m, H2-3’- H2-14’), 1.57 (2H, m, H2-2’), 2.95 (2H, br t, J=7.5 Hz, H2-1’), 6.75 (1H, d, J=6.8 Hz, H- 5), 6.85 (1H, d, J=8.0 Hz, H-3), 7.33 (1H, dd, J=8.0, 6.8 Hz, H-4). La asignación de las señales está concordancia con los datos publicados por Yamagiwa Y et al., 1987.
Naringenina-7-(6”-O-p-cumaroil)-b-D-glucopira- nósido (8): UV (MeOH) λmax 227.6, 286.4, 314.1; EM (IE, 70 eV) m/z (int. rel) 272 (60), 271 (58), 255 (10), 244 (2), 229 (1), 215 (1), 201 (2), 179 (25), 166 (40), 153 (100), 147 (25), 124 (20), 120 (75), 119 (23), 107 (30), 91 (43), 69 (33), 65 (28), 51 (15); EM (APCI) m/z (int. rel) 581 ([M+H]+, 20), 563 ([M-H2O+H]+, 10), 309 ([M-272+H]+, 38), 273 (100), 272 (41); RMN-1H y RMN-13C ver Tabla 1.
Posición δC
a δH
b
2 80.4 5.25, dd (12.7, 3.0) 3a 44.1 3.07, dd (17.2, 12.7) 3b - 2.68, dd (17.2, 3.1)
4 198.4 -
5 164.4 -
6 97.1 6.16, d (2.2)
7 166.8 -
8 97.9 6.21, d (2.2)
9 165.0 -
10 105.0 -
1’ 130.9 -
2’ 129.0 7.24, d (8.5)
3’ 116.4 6.78, d (8.7)
4’ 159.0 -
5’ 116.4 6.78, d (8.7)
6’ 129.0 7.24, d (8.5)
1’’ 101.1 4.98, d (7.5)
2’’ 74.6 3.45-3.51 m
3’’ 77.8 3.49, t (9.0)
4’’ 71.8 3.39, dd (9.6, 9.0) 5’’ 75.6 3.75, ddd (9.6, 7.3, 2.2) 6’’a 64.7 4.54, dd (11.9, 2.2) 6’’b - 4.28, dd (11.9, 7.3)
1’’’ 127.2 -
2’’’ 131.2 7.37, d (8.7)
3’’’ 116.8 6.77, d (8.7)
4’’’ 161.2 -
5’’’ 116.8 6.77, d (8.7)
6’’’ 131.2 7.37, d (8.7)
7’’’ 146.9 7.57, d (16.0)
8’’’ 114.9 6.31, d (15.9)
9’’’ 169.1 -
Tabla 1. Datos de RMN 1H y de 13C del compuesto 8 (CD3OD, 500 y 125 MHz).
aAsignaciones realizadas con base en los espectros HMQC y HMBC; b δ en ppm, J en Hz.
Naringenina-7-O-βββββ-D-glucopiranósido (9): UV (MeOH) lmax 227.6, 285.6, 328.7; EM (APCI) m/z (int. rel) 435 ([M+H]+, 10), 274 (70), 273 ([M-hexosa+H]+, 100);
RMN-1H (500 MHz, CD3OD)δ 2.75 (1H, dd, J=17.0, 3.0 Hz, H-3b), 3.16 (1H, dd, J=17.0, 12.0 Hz, H-3a), 3.39-3.47 (4H, m, H-2”- H-5”), 3.68 (1H, dd, J=12.0, 5.5 Hz, H-6”b), 3.87 (1H, dd, J=12.0, 2.0 Hz, H-6”a), 4.96 (1H, d, J=7.0 Hz, H-1”), 5.38 (1H, dd, J=12.5, 3.0 Hz, H-2), 6.18 (1H, d, J=2.5 Hz, H-6), 6.21 (1H, d, J=2.5 Hz, H-8), 6.81 (2H, d, J=8.5 Hz, H-3’, H-5’), 7.31 (2H, d, J=9.0 Hz, H-2’, H-6’).
La posición del azúcar se asignó por comparación con los datos de la literatura (Sang S et al., 2002).
Resultados y discusión
Aislamiento y purificación de los compuestos 1-9 El extracto metanólico de la nuez de A. giganteum fue sometido a partición entre cloroformo y agua, y la fase
clorofórmica se sometió a CC en silica gel (eluente hexano – AcOEt, 15:1 a 1:10) para obtener tres subfracciones (F1 - F3). Teniendo en cuenta que el extracto metanólico y la fase clorofórmica, asi como las fracciones F2 y F3 presen- taron actividad citotóxica contra líneas celulares de tu- mores humanos, éstas se seleccionaron para realizar un fraccionamiento posterior que condujo a la purificación de los compuestos 1 – 7, siguiendo la metodología des- crita en la sección Materiales y Métodos. Las estructuras de todos los compuestos aislados de la nuez de A.
giganteum se presentan en la Figura 1.
Así, la fracción F2 se sometió a CC en sílica gel (eluente benceno – AcOEt, 1:0 a 1:1) para obtener la fracción F23, la cual al ser analizada por CCD mostró una banda con Rf
= 0.75 (benceno – AcOEt, 2:1). Su análisis por cromato- grafía líquida de alta eficiencia acoplada a espectrometría de masas (CLAE-EM) y por cromatografía de gases aco- plada a espectrometría de masas (CGAR-EM) en modo ionización química, indicó que se trataba de una mezcla de los compuestos 1-3, con pesos moleculares de 314, 316 y 318 uma, respectivamente. Posteriormente, el aná- lisis de la fracción F23 por CGAR-EM en modo impacto electrónico sugirió que los compuestos 1 a 3 eran alquilresorcinoles con una cadena alifática insaturada, por la presencia del pico base en m/z 124, correspondiente a la fragmentación bencílica de este tipo de compuestos (Bouillant ML et al., 1994); por la presencia de los iones en m/z 67 y 95, característicos de fenoles; y por las series de iones CnH2n+1, CnH2n-1 y CnH2n-3, correspondiente a la cadena alifática insaturada. La CLAE preparativa permi- tió aislar estos tres compuestos en forma pura y su análisis por RMN-1H y de 13C permitió identificar al compuesto 1 como el 5-[8’(Z),11’(Z),14-pentadecatrienil]resorcinol, aislado previamente a partir de Anacardium occidentale (Tyman JHP, 1979); al compuesto 2 como el 5- [8’(Z),11’(Z)-pentadecadienil]resorcinol, identificado pre- viamente en Anacardium occidentale (Tyman JHP, 1979) y al 3 como el 5-[8’(Z)-pentadecenil]resorcinol, el cual ha sido registrado previamente como constituyente de Anacardium occidentale (Tyman JHP, 1979), Knema elegans (Spencer G et al., 1980), Oryzia sativa (Bouillant ML et al., 1994), Lysimachia japonica (Arisawa M et al.
1989) Ginkgo biloba (Itokawa H et al., 1987) y Hakea trifurcata (Lytollis WJ et al., 1995). La ubicación del doble enlace entre los carbonos 8’ y 9’ se confirmó por el ión en m/z 191 (presente en los espectros de masas obte- nidos por IE y por IQP) correspondiente al rompimiento alílico de la cadena alifática en el enlace 6’-7’, con elimi- nación 1-4 de Hidrógeno (Suzuki Y et al., 1997). La geo- metría de los dobles enlaces en las posiciones 8’ y 11’ se estableció como Z, por comparación del desplazamiento
R1 OH
OH
COOH R2 OH
OR3
HO
O OH
OH CH2
O O
OH
O OH
1: R1 = 8(Z),11(Z),14-pentadecatrienil 2: R1 = 8(Z),11(Z)-pentadecadienil 3: R1 = 8(Z)-pentadecenil
4: R2 = 8(Z),11(Z),14-pentadecatrienil 5: R2 = 8(Z),11(Z)-pentadecadienil 6: R2 = 8(Z)-pentadecenil
7: R2 = pentadecil
8: R3 = p-cumaroil 9: R3 = H
1'
4'
2
4 5
7 1''
6''
Figura 1. Compuestos identificados (1-9) en el extracto metanólico de la nuez de Anacardium giganteum.
químico en RMN-13C de los metilenos adyacentes a di- chos dobles enlaces con los publicados en la literatura:
dC adyacente a doble enlace Z= 27.1, E= 32.5 (Lie Ken Jie M et al., 1997).
En forma análoga a la descrita anteriormente, al anali- zar la fracción F3 (Rf 0.33, CCD, benceno-AcOEt, 2:1) por CLAE-EM en modo ESI positivo se detectó la presen- cia de cuatro compuestos 4-7 con iones pseudomoleculares [M+H]+ en m/z 343, 345, 347 y 349, respectivamente.
Otros iones intensos que se observaron en dichos espec-
tros y en los de IQP y ESI correspondientes a [M-H]+, [M- H2O+H]+ y [M-CO2+H]+, evidenciaron la presencia de un grupo COOH en éstos compuestos. Adicionalmente, el perfil de fragmentación de los espectros de masas en modo IE, con un pico intenso en m/z 108 correspondiente a la fragmentación bencílica de un alquilfenol y las series de iones CnH2n+1, CnH2n-1 y CnH2n-3, característicos de una ca- dena alifática insaturada permitieron concluir que los compuestos 4-6 eran ácidos 6-pentadecilsalicílicos con tres, dos y una insaturación, respectivamente. En el caso del compuesto 7, el análisis del espectro de masas en modo
